有機胺法在燒結(jié)機煙氣脫硫領(lǐng)域的應用

郭永強

（山東省冶金設計院股份有限公司，濟南 250101）

1 前言

2009年，國內(nèi)首次將有機胺法燒結(jié)機煙氣脫硫及富產(chǎn)硫酸工藝應用于萊鋼股份煉鐵廠的4#265m2燒結(jié)機。項目建成后，結(jié)合燒結(jié)實際工況和出現(xiàn)的問題，設計單位和工程方進行了大量的工業(yè)試驗研究，對項目的工藝、設備等進行了一系列的改進、創(chuàng)新、完善，最終徹底解決了該工藝在燒結(jié)機煙氣脫硫領(lǐng)域的應用問題。

2012年9月，萊鋼型鋼煉鐵廠1#265m2燒結(jié)機煙氣脫硫采用了改進后的有機胺脫硫工藝，并取得成功應用。

2 有機胺法脫硫工藝

2.1 有機胺循環(huán)吸收和解吸SO2的化學原理

有機胺液與煙氣中SO2水合后的弱酸H2SO3反應，氨基R3-NR4R5生成熱不穩(wěn)定性的胺鹽R1R2N-R3-NH+R4R5，其在不同溫度條件下可以再生。反應如下：

反應①為熱可逆反應，是有機胺循環(huán)使用不斷吸收和解吸SO2的核心化學反應。反應溫度在約50℃以下，反應向右進行，胺液吸收SO2；加熱至100℃左右，反應向左進行，解吸回收SO2和再生有機胺R1R2N-R3-NR4R5。

有機胺液與強酸反應，胺基R1R2N生成熱穩(wěn)定性胺鹽R1R2NH+-R3-NR4R5。反應如下：

式中：X-代表Cl-、NO3-及SO42-等強酸根離子。

反應②是熱不可逆反應。R1R2NH+-R3-NR4R5是一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的胺鹽，不揮發(fā)、不可加熱再生。當熱穩(wěn)定性胺鹽R1R2NH+-R3-NR4R5聚集到一定濃度時，會降低有機胺液的吸收效率，甚至導致“吸附液中毒、失效”，所以過程中必須對有機胺液進行除鹽再生，維持有機胺液系統(tǒng)保持一定的平衡。除鹽可以通過離子交換樹脂裝置再生有機胺。除“熱穩(wěn)定性胺鹽”的反應如下：

2.2 工藝流程

有機胺脫硫工藝對燒結(jié)機煙氣進行選擇性脫硫，采用半煙氣脫硫工藝，通過半煙氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)實現(xiàn)低硫煙道達標排放，僅對高硫煙道煙氣進行脫硫。有機胺法脫硫系統(tǒng)流程見下圖。

有機胺法脫硫系統(tǒng)流程圖

從脫硫煙道引出的燒結(jié)機煙氣，經(jīng)增壓風機升壓與制酸尾氣匯合后進入脫硫塔。脫硫塔入口煙道設置霧化噴槍，對煙氣進行預冷卻以及調(diào)質(zhì)。經(jīng)霧化噴槍冷卻后的煙氣從脫硫塔下部進入洗滌段，自下而上與被循環(huán)洗滌液洗滌，煙氣溫度降至45℃以下，經(jīng)捕沫層，對煙氣中的液滴及粉塵捕集后，煙氣進入脫硫塔吸收段。

進入吸收段的煙氣與吸收段噴淋而下的胺液逆流接觸，煙氣中的二氧化硫被胺液充分吸收，脫除二氧化硫后的煙氣由吸收塔頂部煙囪達標排放。

據(jù)FAO統(tǒng)計[3]，2016年世界乳水牛存欄總數(shù)為6 493萬頭，水牛乳產(chǎn)量1.11億t，占乳類總產(chǎn)量的13.5%，是世界第二大乳源。亞洲是水牛乳的最主要產(chǎn)區(qū)，其乳水牛存欄量為6 301萬頭，水牛乳產(chǎn)量達1.08億t，占世界乳水牛存欄量和水牛乳產(chǎn)量的97%。

貧胺液從吸收塔上部進入吸收段，在塔內(nèi)與燒結(jié)煙氣逆流接觸，吸收煙氣中的SO2，變?yōu)楦话芬?。富胺液?jīng)富胺泵加壓去往解吸塔，其間在貧富胺換熱器與解吸塔再生出的貧胺液換熱后進入解吸塔。

富胺液在解吸塔內(nèi)被加熱并被大量的上升蒸氣氣提，解吸出富胺中的SO2，再生為貧胺液。貧胺液經(jīng)貧胺外排泵加壓，經(jīng)過貧富胺換熱器、貧胺再冷器冷卻后，一部分去胺液凈化系統(tǒng)去掉煙氣在胺液中富集的離子、粉塵后返回主管路，最終送往吸收段上部噴淋。

解吸出來的SO2與水蒸氣一同由解吸塔塔頂排出，進入解吸塔頂冷凝器冷凝冷卻后，在氣液分離器內(nèi)實現(xiàn)SO2氣體與冷凝水的分離，高濃度的SO2氣體隨后進入一轉(zhuǎn)一吸制酸單元。冷凝水由冷凝回流泵加壓，一部分返回解吸塔循環(huán)，另一部分作為胺液系統(tǒng)富水被送往離子交換系統(tǒng)及脫硫塔洗滌段。

3 有機胺法燒結(jié)脫硫工藝的發(fā)展及改進

有機胺脫硫工藝最早是用于化工廠尾氣處理上，后逐漸擴展到有色冶煉尾氣、電廠尾氣、燒結(jié)機頭煙氣的處理上。由于不同煙氣成分及雜質(zhì)成分差別很大，造成了在不同領(lǐng)域應用時的工藝適應性問題。

3.1 燒結(jié)機頭煙氣處理領(lǐng)域的適應性問題

（1）煙氣中的雜質(zhì)離子在胺液中富集

燒結(jié)機煙氣中的氯、氟、鈉、鉀等20多種離子及焦油類有機物在胺液中富集。氯離子造成胺液系統(tǒng)設備腐蝕，金屬硫酸鹽在胺液中結(jié)晶沉淀，與焦油、粉塵黏接造成設備堵塞、胺液發(fā)泡損失。

（2）胺液中粉塵、油性物質(zhì)的富集

萊鋼電除塵后的燒結(jié)煙氣含塵濃度較高，一般在100～280mg/Nm3，脫硫塔洗滌段僅有40%～50%的除塵效率，煙氣中的粉塵、油性物質(zhì)在吸收段被胺液洗滌，逐漸在胺液中富集。由于油性物質(zhì)的存在，造成過濾器反洗不徹底，長期運行不正常，同時造成嚴重的胺液發(fā)泡損失。

3.2 有機胺燒結(jié)機煙氣的適應性改進

針對有機胺法對燒結(jié)機煙氣適應性的問題，在技術(shù)方面進行了大量的實驗研究，形成了一系列的專利及專有技術(shù)，并在萊鋼型鋼煉鐵廠1#265m2燒結(jié)機煙氣脫硫工程中進行了應用。主要有：

（1）胺液逃逸控制技術(shù)

由于找到了控制系統(tǒng)胺液損失的關(guān)鍵因素，系統(tǒng)胺液損失得到了有效的控制，可保證系統(tǒng)胺液年損失在120%（胺液初裝量）以內(nèi)。

（2）胺液凈化一體化技術(shù)

全新有效的胺液過濾裝置取得了工業(yè)試驗的成功；胺液中金屬離子的凈化工藝專利已進行了工業(yè)應用；采用了陰離子專有離子交換去除裝置。

（3）胺液系統(tǒng)設備清洗技術(shù)

選用鋼鐵企業(yè)廢棄液體對換熱設備進行了工業(yè)化清洗實驗并取得了成功。

（4）煙氣洗滌、降溫、除塵捕沫一體化技術(shù)

解決了洗滌系統(tǒng)因換熱器堵塞引起系統(tǒng)停車的問題，同時采用了雙重技術(shù)對塔及內(nèi)件進行保護。塔內(nèi)增設了捕沫除塵一體化裝置。

（5）制酸裝置工藝優(yōu)化

針對氣源進行研究，取全年運行的平均值，兼顧區(qū)間極大值，對制酸裝置工藝設計進行優(yōu)化，解決了原設計制酸設計能力偏大、制酸裝置無法在設計點運行的缺陷。

4 有機胺法脫硫工程實例

萊鋼型鋼煉鐵廠1#265m2燒結(jié)機有機胺煙氣脫硫項目自2012年9月試生產(chǎn)以來，脫硫效率穩(wěn)定，非脫硫側(cè)煙氣排放SO2濃度在80～200mg/Nm3，脫硫側(cè)煙氣入口SO2濃度在800～3600mg/Nm3，脫硫后排放指標在10～190mg/Nm3。各項消耗指標達到設計指標（見下表）。

萊鋼型鋼煉鐵廠1#265m2燒結(jié)機脫硫主要經(jīng)濟技術(shù)指標表

該項目總投資8500萬元（含胺液初裝費）。265m2燒結(jié)機年產(chǎn)燒結(jié)礦按251萬t計算，不計蒸氣費用（蒸氣為回收環(huán)冷機低溫廢熱所產(chǎn)低品質(zhì)蒸氣），實際運行成本（不含折舊）僅在8.9元/t燒結(jié)礦。在燒結(jié)機煙氣脫硫運行中成本較低。

5 結(jié)語

有機胺作為綠色環(huán)保的脫硫工藝，所產(chǎn)的硫酸可回用于焦化焦爐煤氣洗氨工序，實現(xiàn)了硫資源的循環(huán)利用，可使企業(yè)擺脫鈣基脫硫工藝副產(chǎn)物利用的困擾。該工藝脫硫效率高、運行穩(wěn)定、無二次污染，值得在煙氣脫硫領(lǐng)域推廣應用。

[1]陸建剛，王連軍.胺法脫硫技術(shù)進展[J].氣體凈化，2005，5（3）.

[2]黎建明，邱正秋.有機胺法煙氣脫硫技術(shù)進展[C].中國金屬學會中國鋼鐵年會論文集，2007.

[3]王開岳.天然氣凈化工藝[M].北京：石油工業(yè)出版社，2005.

[4]周長城，湯志剛.乙二胺/磷酸溶液吸收SO2的實驗研究[J].化工環(huán)保，2002， 22（4）.